ASPECTOS FUNDAMENTAIS E RECURSOS TÉCNICOS PARA REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA

eSTeRIlIZaÇãO PelO vaPOR:

ASPECTOS FUNDAMENTAIS E RECURSOS

TÉCNICOS PARA REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA

Steam sterilization: fundamental aspects and technical resources to reduce water consumption

Esterilización por vapor: fundamentos y recursos técnicos para reduccion del consumo de água

Paulo Roberto Laranjeira

_{, Jeane Aparecida Gonzalez Bronzatti}

_{, Rafael Queiroz de Souza}

_{, Kazuko Uchikawa Graziano}

1_{engenheiro elétrico, Doutorando da escola de enfermagem da universidade de São Paulo – São Paulo (SP), Brasil. e-mail: prlaranjeira@usp.br} 2_{enfermeira, Doutoranda da escola de enfermagem da universidade de São Paulo – São Paulo (SP), Brasil. e-mail: jeanebronzatti@usp.br}

3_{enfermeiro, Mestre e Doutor em ciências, escola de enfermagem da universidade de São Paulo – São Paulo (SP), Brasil. e-mail: rafaelqsouza@hotmail.com}

4_{enfermeira. Professora Titular Sênior do Departamento de enfermagem Médico-Cirúrgica da escola de enfermagem da universidade de São Paulo. Coordenadora Pedagógica do Curso MBa em Central de}

Materiais e esterilização no Instituto Nacional de ensino e Pesquisa – São Paulo (SP), Brasil. e-mail: kugrazia@usp.br avenida Dr enéas de Carvalho aguiar, 419 – Cerqueira César – CeP: 05403-000 – São Paulo (SP), Brasil.

Recebido: 08 out. 2016 – aprovado: 06 dez. 2016

DOI: 10.5327/Z1414-4425201700020009

RESUMO: Objetivo: Discorrer sobre os aspectos fundamentais da esterilização pelo vapor e os recursos técnicos que podem ser utilizados para a redução do consumo de água no processo de esterilização. Método: Revisão da literatura e de normas técnicas nacionais e internacionais relacionadas aos aspectos construtivos, funcionais e de operação de equipamentos de esterilização pelo vapor saturado sob pressão. Resultados: A redução do consumo de água pode ser obtida pela aquisição preferencial de equipamentos com bombas water free, desligamento da fonte geradora de vapor quando o equipamento não estiver em uso, utilização de equipamentos com desgasificadores incorporados, montagem da carga de forma a facilitar a penetração do vapor e a diminuição do tempo de secagem, readequação da profundidade do vácuo para reduzir o tempo de uso da bomba de vácuo e manutenção preventiva dos purgadores da linha de vapor. Adicionalmente, a utilização de sistemas de pré-tratamento pode reduzir o rejeito de sistemas de tratamento de água por osmose reversa para geração de vapor. Conclusão: O conhecimento dos aspectos fundamentais da esterilização pelo vapor saturado sob pressão permite a implementação de medidas para a redução do consumo de água no processo de esterilização.

Palavras-chave: Vapor. Água. Esterilização.

ABSTRACT: Objective: To discuss the fundamentals of steam sterilization and the technical resources that can be used for a reduction of water consump-tion in the sterilizaconsump-tion process. Method: Review of literature and technical and internaconsump-tional standards related to the principles of construcconsump-tion, opera-tion, and use of sterilization equipment by saturated steam under pressure. Results: The reduction in water consumption can be obtained by preferential acquisition of equipment with free water pumps, shutdown of the source of steam-generating power when the equipment is not in use, use of equip-ment with built-in degassers, assembly of the load in a way to facilitate vapor penetration and reduction of drying time, re-adjustequip-ment of the depth of the vacuum to the low time of use of the vacuum pump, and the preventive maintenance of the steam line traps. In addition, a pretreatment system can reduce the waste from reverse osmosis water treatment systems for steam generation. Conclusion: Knowledge of the fundamentals of sterilization by saturated steam under pressure allows an implementation of measures for a reduction of water consumption in the sterilization process.

Keywords: Steam. Water. Sterilization.

RESUMEN: Objetivo: Discurrir sobre los aspectos fundamentales de la esterilización por el vapor y los recursos técnicos que pueden ser utilizados para la reducción del consumo de agua en el proceso de esterilización. Método: Revisión de la literatura y de normas técnicas nacionales e internacionales rela-cionadas a los aspectos constructivos, funcionales y de operación de equipos de esterilización por el vapor saturado bajo presión. Resultados: La reducción del consumo de agua puede ser obtenida por la adquisición preferencial de equipos con bombas water free, desconexión de la fuente generadora de vapor cuando el equipo no estuviera en uso, utilización de equipos con desgasificadores incorporados, montaje de la carga de forma de facilitar la penetración

del vapor y la disminución del tiempo de secado, readecuación de la profundidad del vacío para reducir el tiempo de uso de la bomba de vacío y manu-tención preventiva de los purgadores de la línea de vapor. Adicionalmente, la utilización de sistemas de pre-tratamiento pode reducir el rechazo de siste-mas de tratamiento de agua por osmosis reversa para generación de vapor. Conclusión: El conocimiento de los aspectos fundamentales de la esteriliza-ción por el vapor saturado bajo presión permite la implementaesteriliza-ción de medidas para la reducesteriliza-ción del consumo de agua en el proceso de esterilizaesteriliza-ción.

Palabras clave: Vapor. Agua. Esterilización.

INTRODUÇÃO

O princípio básico da esterilização pelo vapor saturado sob pressão é permitir que cada produto seja exposto ao vapor na temperatura, tempo e pressão pré-determinados1_{. Esse método}

de esterilização é amplamente utilizado pelos serviços de saúde por reunir muitas vantagens para produtos termor-resistentes: não forma resíduos tóxicos, é de fácil controle e monitoramento, tem ciclos rápidos e um excelente poder de penetração em lúmens e sistemas de barreira estéril2_.

Uma vez que o processo requer água para a geração do vapor e também para a operação da bomba de vácuo ou sistema Venturi, os profissionais do Serviço de Engenharia Clínica (SEC) e do Centro de Material e Esterilização (CME) precisam de subsídios para a aplicação de recursos técnicos que reduzam o consumo de água, uma tendência mundial, além da atual crise hídrica instaurada no Estado de São Paulo. Isso posto, este artigo de revisão tem como objetivo dis-correr sobre os aspectos fundamentais da esterilização pelo vapor e os recursos técnicos que podem ser utilizados para a redução do consumo de água, com a finalidade de subsidiar os profissionais SEC e CME com informações necessárias para a revisão de seus processos, visando a segurança e uso racional da água, um recurso natural e finito.

MÉTODO

Trata-se de um artigo de revisão de literatura e de normas técnicas nacionais e internacionais relacionadas aos aspectos construtivos, funcionais e de operação de equipamentos de esterilização pelo vapor saturado sob pressão.

MECÂNICA DA ESTERILIZAÇÃO PELO VAPOR

O vapor saturado é considerado um dos melhores métodos de esterilização para produtos termorresistentes, em razão da capacidade de destruir esporos bacterianos em curto

período de exposição, aquecendo rapidamente os produtos pela transferência de calor, que ocorre pela condensação do vapor ao entrar em contato com as superfícies3_.

Atualmente, os equipamentos de esterilização pelo vapor saturado sob pressão são encontrados em diversas formas e tamanhos, sendo utilizados em hospitais, clínicas, laboratórios e indústrias farmacêuticas. Basicamente, uma autoclave con-siste em uma câmara de aço, revestida por outra câmara, com porta vedante em uma ou ambas as extremidades (autoclave de barreira), tendo como parâmetros críticos do processo a pressão, a temperatura e o tempo de exposição (Figura 1).

Os ciclos operacionais desse sistema variam de acordo com o processo; entretanto, podem ser resumidos, didaticamente, em três etapas: condicionamento, exposição e secagem (Figura 1).

O processo de esterilização pode ser realizado em sistemas de vapor saturado ventilado (similar ao gravitacional, indicado para esterilização de superfícies, sem eficiência na remoção de ar em cargas de densidade e lúmens), com remoção forçada de ar (um dispositivo mecânico força a remoção do ar, indicado para esterilização de cargas de densidade e lúmens), mistura ar-vapor (o ar é admitido dentro da câmara interna para preservar a integridade do produto, que pode ser afetado pela elevação da temperatura, indicado para ciclo de líquidos), borrifamento

y x 1 2 a 3 temperatura (y) pressão (y)

Figura 1. Fases de um ciclo de esterilização do sistema de vapor

saturado com remoção forçada de ar.

de água (a água é utilizada como condutor térmico, elevando a temperatura do produto, e é indicado para ciclo em que a barreira estéril possa ser prejudicada pelo vapor) e de imersão de água (similar ao anterior, porém toda a carga fica imersa em água, e é indicado para ciclo em que o produto e a barreira estéril possam ser prejudicados pelo vapor)4_.

Na fase de condicionamento, o ar deve ser removido da auto-clave. As técnicas empregadas para a remoção do ar consistem no deslocamento gravitacional, diluição por fluxo de massa, diluição por pulsos de pressão, alto vácuo e pulsos de pressão por deslo-camento gravitacional3_{. Independente da técnica utilizada, o ar}

deve ser removido da câmara para que haja penetração do vapor na carga, assegurando a esterilização. O conhecimento dos siste-mas utilizados para remoção de ar da câmara é essencial, uma vez que seu funcionamento requer o uso de água, tanto na fase de condicionamento quanto na de secagem. Dessa forma, a redu-ção da demanda por esses sistemas dentro dos ciclos é uma das principais medidas para a redução do consumo de água.

Para que o ar seja removido da câmara, é necessário o vácuo, que é obtido por meio de uma bomba ou sistema de Venturi. Existem vários modelos e configurações de bomba de vácuo, mas todas elas utilizam um meio mecânico para criar uma força centrífuga para remover o ar, o condensado residual e o vapor de dentro da câmara interna. O modelo mais comum é o de selo de água, no qual o ar entra no sis-tema composto por um rotor, cujo movimento das palhe-tas projeta a água para as paredes do sistema, criando uma zona de vácuo e, consequentemente um anel de água será formado, que remove o ar e o vapor ao mesmo tempo em que impede o refluxo. Nesse processo, a água utilizada para formar o anel também é desprezada com o ar, o condensado ou o vapor, retirados da câmara interna5_.

Outros meios de selagem, além da água, podem ser utili-zados, como o óleo, que é disponibilizado em bombas com tecnologia mais recente, denominadas water free.

O vácuo obtido por sistemas do tipo Venturi não é o mais eficiente e gera maior consumo de água ou ar compri-mido. O funcionamento desse sistema é relativamente sim-ples: a água com pressão e velocidade entra por uma tubu-lação, onde o diâmetro é reduzido a 1/3 da entrada e depois é aumentado novamente para um diâmetro maior que o da entrada. No local onde o diâmetro é reduzido, é conectado um tubo de entrada de diâmetro pequeno, ligado à câmara interna (Figura 2). O diferencial de pressão gerado nessa região pelas diferenças nos diâmetros das tubulações forma um vácuo nessa entrada, permitindo a retirada do ar, con-densado e vapor da câmara interna6_.

Para os equipamentos com bomba de vácuo, o consumo de água por ciclo de esterilização é de 150 a 600 L, de acordo com o modelo, marca e tamanho da autoclave. Já as auto-claves que utilizam o sistema Venturi para gerar vácuo, cuja dimensão da câmara interna não ultrapassa 250 L, podem consumir até 700 L de água por ciclo.

Na fase de esterilização, também conhecida como fase de patamar ou exposição, o ar já foi removido da câmara, que está preenchida pelo vapor saturado, e a temperatura prescrita para o ciclo, em geral 121 ou 134ºC, foi alcançada. Dessa forma, o produto é exposto a essa temperatura pelo tempo necessário para o alcance da esterilidade3_.

Na fase de secagem, quando ocorre a exaustão do vapor da câmara interna, por meio do sistema de vácuo, a secagem é ini-ciada. O condensado residual evapora devido à redução da pressão interna da câmara e a elevada temperatura em que os produtos e as paredes da câmara estão nesse momento. Ao atingir o pata-mar máximo de vácuo, a velocidade da evaporação é reduzida, devido à baixa condutividade térmica dentro da câmara interna.

ECONOMIA DE ÁGUA NA

ESTERILIZAÇÃO PELO VAPOR

Durante o processo de esterilização a vapor, a água é utilizada para gerar vapor e para fazer funcionar a bomba de vácuo ou sistema Venturi. O consumo de água com o gerador em modo de espera é de aproximadamente 20% do consumo de água durante a geração de vapor7_{; portanto, haverá redução}

do consumo de água com desligamento da fonte geradora de vapor quando o equipamento não estiver em uso.

Na fase de condicionamento, um ponto a ser observado é a qualidade da água para geração do vapor, que deve ser livre de impurezas e gases não condensáveis, os quais serão arrastados juntamente com o vapor para dentro da câmara interna, formando uma barreira que impedirá o contato do vapor com a carga. Esse processo aumenta a formação de condensado, que demandará maior tempo de secagem, com consequente aumento do consumo de água.

Água

Dreno

A detecção da presença de gases não condensáveis requer montagem de um sistema de avaliação, detalhado na norma europeia EN285:20097 _(Figura 3).

Alguns modelos de autoclave já incorporaram sistemas que removem os gases não condensáveis, conhecidos como desgasificadores, os quais são instalados na linha de alimen-tação de água antes da entrada do gerador de vapor.

Como demonstrado anteriormente, um fator crítico na esterilização pelo vapor saturado sob pressão é o nível de contaminantes da água para gerar vapor. Como todas as referências técnicas e legais apontam essa responsabilidade para o fabricante, tornou-se senso comum a recomendação da adoção de um sistema de tratamento de água do tipo osmose reversa, que é capaz de remover de 90 a 99% de par-tículas, íons, matéria orgânica e microrganismos em apenas um processamento8_{. Porém, a adoção desse sistema tem base}

somente na qualidade final da água, não sendo observados os níveis reais de contaminantes existentes na água de entrada e o impacto negativo que tal sistema gera no consumo de água, pois para cada litro de água de alta qualidade gerada, é desprezado de 60 a 90% do mesmo volume como rejeito do sistema. Teoricamente, quanto mais pura a água de entrada no sistema de osmose reversa, maior a economia de água, o que justifica o pré-tratamento da água.

Antes de se adotar um sistema de tratamento de água é importante analisar a qualidade da água que abastece a autoclave

e comparar com a tabela da qualidade da água requerida para alimentação do gerador de vapor contida na norma ABNT NBR ISO 17665-2:20139_{. Com base no resultado dessa análise,}

um sistema de tratamento de água deverá ser dimensionado. Ressalta-se que a água utilizada para gerar o vapor é dife-rente da água utilizada no selo da bomba de vácuo ou do sis-tema Venturi. A qualidade da água que irá gerar o vapor é controlada, pois impacta diretamente a qualidade da esteriliza-ção. Dessa forma, é necessária a utilização de água purificada. No entanto, a qualidade da água utilizada no selo da bomba de vácuo não interfere na esterilização, podendo essa ser ape-nas potável ou de acordo com as orientações do fabricante. Outro aspecto relevante na fase do condicionamento é a remoção do ar da câmara. O primeiro pulso de vácuo é o mais demorado, devido à grande quantidade de ar na câmara interna. Se a carga estiver muito adensada ou comprimida, mais tempo será necessário para forçar a saída do ar de dentro da carga, com aumento da demanda pelo sistema de vácuo. Logo após o primeiro pulso de vácuo, ocorre a entrada de vapor na câmara interna, o qual irá condensar ao entrar em contato com os produtos, promovendo o aquecimento. Se a carga estiver muito adensada, o volume de condensado será maior, e o segundo pulso de vácuo será mais demorado devido à vaporização do condensado excedente.

Isso posto, medidas que visam a redução da formação de condensado devem ser implementadas, uma vez que, redu-zindo a formação de condensado, o uso do sistema será menor, com consequente redução do consumo de água.

Na fase de secagem, todo condensado remanescente precisa ser vaporizado. A bomba de vácuo tem um papel fundamental nessa fase, pois ao reduzir a pressão da câmara interna, uma parte do condensado é vaporizado conforme a pressão vai diminuindo até o limite mínimo estabelecido pelo fabricante. Depois, o processo é um pouco mais demo-rado, em razão da necessidade de outras fontes de energia, como o calor residual do produto esterilizado, radiação tér-mica proveniente das paredes da câmara interna ou condu-ção de calor com outros gases da câmara. Esses processos são relativamente lentos, devido à ineficiência na transfe-rência térmica em vácuo9_{. A fração da massa de}

conden-sado que permanece após a rápida vaporização propiciada pela curva inicial de vácuo na fase inicial da secagem é dada pela Equação 110_:

−

=

u

h

−

h

x

u

Figura 3. Sistema para avaliação da concentração de gases não

condensáveis no vapor. 1 2 7 3 4 9 8 5 6 Água

1: Bureta de 50 ml; 2: Sistema de medição de temperatura; 3: Funil com lados paralelos; 4: Frasco de 2000 ml; 5: entrada da alimentação de vapor; 6: válvula de agulha; 7: Cilindro graduado de 250 ml; 8: Para o esterilizador; 9: Para o sistema de purga. Fonte: adaptado e traduzido da norma técnica eN285:20097_.

onde:

x = fração da massa de líquido remanescente após atingir o patamar de vácuo;

u_ini = energia interna do líquido saturado no final da fase de esterilização;

u_final = energia interna do líquido saturado no nível máximo de vácuo;

h_g = entalpia média do vapor saturado durante a fase de secagem (entalpia média no final da fase de esterilização e no nível máximo de vácuo).

Atualmente, ao identificar pacotes molhados, a solução comumente adotada pelos profissionais é a de aumentar o tempo de secagem. Essa solução não é a mais adequada, pois primeiramente deve-se observar se o patamar de vácuo está corretamente configurado de acordo com o limite mínimo estabelecido pelo fabricante. Caso contrário, o tempo de secagem deverá ser maior para conseguir o resultado espe-rado, o que implica em maior consumo de água. Para cada minuto com a bomba de vácuo ou sistema Venturi ligados, o consumo de água será entre 10 a 20 L por minuto, depen-dendo do equipamento e modelo.

Os ajustes no equipamento para a secagem de produtos precisam ser revistos com base na mecânica de funcionamento, pois a eficiência da secagem não está atrelada ao tempo, mas sim à profundidade do vácuo, na qual o argumento técnico deve ser aumentar o patamar de profundidade do vácuo em vez de aumentar o tempo. A eficiência do sistema de vácuo é aumentada também com a redução da temperatura da água que passa pela bomba de vácuo. Em países que ado-tam a norma técnica EN285:20097_{, a temperatura máxima}

da água deve ser de 15ºC, pois a viscosidade da água inter-fere na performance de bombas de vácuo.

Seguindo as recomendações apresentadas, os usuários que hoje trabalham com tempo de secagem superior a 15 minu-tos terão uma redução significativa no consumo de água.

Além da profundidade do vácuo, há outras medidas para evitar pacotes molhados e consequente aumento do tempo de secagem, como a disposição de produtos de conformação côncavo-convexa na posição vertical ou inclinados11_{, a qual}

evita a formação de condensado na concavidade e facilita a secagem, reduzindo o uso da bomba de vácuo; uso de caixas que não excedam 11,5 kg, uma vez que o peso acima difi-culta a secagem12_{; e utilização de sistemas de barreira estéril,}

caixas perfuradas e suportes para instrumental permeáveis ao vapor12_{, que consequentemente, facilitarão a secagem.}

Ressalta-se que o processo de secagem dos produtos fabri-cados em polímeros será mais longo, por não ter as mesmas propriedades de condução de calor que os metálicos, como aço inoxidável e alumínio anodizado.

Para a redução do uso do sistema de vácuo, os equipamen-tos devem ser mantidos em ótimas condições de operação. Dessa forma, é necessário investigar o possível entupimento do canal de drenagem12 _{e dimensionamento adequado dos}

purgadores da rede de vapor13_.

CONCLUSÃO

A redução do consumo de água pode ser obtida por medi-das como: aquisição preferencial por equipamentos com bombas water free, desligamento da fonte geradora de vapor quando o equipamento não estiver em uso, utili-zação de equipamentos com desgasificadores incorpora-dos, montagem da carga de forma a facilitar a penetra-ção do vapor e reduzir o tempo de secagem, readequapenetra-ção da profundidade do vácuo para reduzir o tempo de uso da bomba de vácuo e manutenção preventiva dos pur-gadores da linha de vapor. Adicionalmente, a utilização de sistemas de pré-tratamento pode reduzir o rejeito de sistemas de tratamento de água por osmose reversa para geração de vapor.

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